Вопыт Майкельсана

З пляцоўкі Вікіпедыя.
Перайсці да: рух, знайсці
Агульны выгляд інтэрферометра ў перспектыве. Выява з дакладу А. Майкельсана па выніках яго эксперыментаў, выкананых ў 1881 г.[1]
Рух Зямлі вакол Сонца і праз эфір.
Выява эксперыментальнай устаноўкі

Вопыты Майкельсана - клас фізічных эксперыментаў, якія даследуюць залежнасць хуткасці распаўсюджвання святла ад кірунку. Станам на 2011 год дакладнасць вопытаў дазваляе знайсці адносныя адхіленні ізатропнасці хуткасці святла ў адзінкі 10-16, аднак на гэтым узроўні адхіленні не знойдзеныя. Вопыты Майкельсана з'яўляюцца эмпірычнай асновай прынцыпу інварыянтнай хуткасці святла, які ўваходзіць у агульную тэорыю адноснасці (АТА) і спецыяльную тэорыю адноснасці (СТА).

Тэорыя[правіць | правіць зыходнік]

Вылічаем агульны час t_1 выкарыстоўваючы суму часоў двух шляхоў:

t_1 = \frac{L_1}{c + v} + \frac{L_1}{c - v} = \frac{2 c L_1}{c^2 - v^2} = \frac{2 L_1}{c} \frac {1}{1 - \frac{v^2}{c^2}} \approx \frac{2 L_1}{c} \left(1 + \frac{v^2}{c^2}\right)

Набліжэнне звязана з тым, што (v^2/c^2) << 1 (парадку 10^{-8}), калі бярэцца хуткасць  v , якая і каля зямлі.

Хуткасць эфіру c = \|\mathbf {v}+\mathbf {v_1}\|, а v_1=\|\mathbf {v_1}\| хуткасць хвалі у кірунку люстэрка. c = \|\mathbf {v}+\mathbf {v_1}\| = \sqrt{v^2 + v_1^2} з гэтага вынікае, што:

v_1 ={\sqrt{c^2 - v^2 }} = {{c} \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}

Улічваючы сіметрыю, мы можам зараз вылічыць:

t_2 = \frac{2 L_2}{c}\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \approx \frac{2 L_2}{c} \left(1 + \frac {v^2}{2 c^2}\right)

Розніца фаз прапарцыянальная:

\delta =c (t_2 - t_1) = 2 \left({\frac{L_2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{L_1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right)

S = |\delta + \delta^'| где \delta^' прапарцыянальная рознасці фаз, пры павароце на \frac{\pi}{2}:

S = |2 L_1 \left({\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right) + 2 L_2 \left({\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right)|\approx (L_1 + L_2)\frac{v^2}{c^2}

Было паказана, што тэорыя эфіру мае на ўвазе рознасць, якая паддаецца колькаснай ацэнцы і выяўляецца адпаведнымі сродкамі (інтэрферометр Michelson-Morley).

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Перадгісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Тэорыя распаўсюджвання святла, якая ўключае ў сябе эфір, з'явілася ў XVII стагоддзі. У 1727 годзе англійскі астраном Джэймс Брэдлі патлумачыў праз яе аберацыю святла. Эдуард Кетэлер і Томас Юнг некалькі развілі тэорыю эфіру. У 1868 Хук паставіў вопыт па праверцы тэорыі эфіру на эфекце аберацыі святла ад зямной крыніцы святла. У 1871-1872 гадах Эйры правёў серыю дакладных вопытаў з астранамічнай крыніцай святла, зрабіўшы з іх выснову аб тым, што арбітальны рух Зямлі цалкам захапляе эфір.

Эпоха Майкельсана[правіць | правіць зыходнік]

Упершыню такі досвед быў пастаўлены Альбертам Майкельсанам на сваім інтэрферометры ў 1881 годзе, з мэтай вымярэння залежнасці хуткасці святла ад руху Зямлі адносна эфіру. Пад эфірам тады разумелася асяроддзе, аналагічнае абъёмнаразмяркаванай матэрыі, у якой святло распаўсюджваецца падобна гукавым ваганням. Вынік эксперыменту, на думку Майкельсана, быў адмоўным - зняцця з пасады палос не супадаюць па фазе з тэарэтычнымі, а ваганні гэтых зрушэнняў толькі крыху менш тэарэтычных.

Пазней, у 1887 Майкельсан, сумесна з Морлі, правёў аналагічны, але больш дакладны эксперымент, вядомы як эксперымент Майкельсана-Морлі і паказаў, што назіранае зрушэнне сапраўды менш 120 тэарэтычнага і, верагодна, менш 140. У тэорыі эфіру, які не захапляецца, зрушэнне павінна быць прапарцыянальнае квадрату хуткасці, таму вынікі раўнасільна таму, што адносная хуткасць Зямлі ў эфіры менш 16 яе арбітальнай хуткасці і несумненна менш 14[2].

Вопыты Мілера[правіць | правіць зыходнік]

На думку прафесара Дэйтана К. Мілера (Кейсаўская школа прыкладных навук): - "Можна меркаваць, што эксперымент толькі паказаў, што эфір у канкрэтных сутарэннях захапляецца у падоўжным кірунку разам з ёй. Мы збіраемся таму перамясціць апарат на пагорак, каб паглядзець, ці не выявіцца ці там эфект".

К. Мілер з прафесарам Морлі сканструявалі інтэрферометр больш адчувальны, чым той, які прымяняўся ў першым эксперыменце, з даўжынёй аптычнага шляху 65,3 м, эквівалентнай прыкладна 130 млн даўжынь хваль. К. Мілер чакаў убачыць зрушэнне ў 1.1 паласы. [3] Увосень 1905 Морлі і Мілер правялі эксперымент на эўклідавай вышынях ў Кліўлендзе, якія знаходзяцца на вышыні каля 90 м над возерам Эры і каля 265 м вышэй за ўзровень мора. У 1905-1906 гг. было зроблена пяць серый назіранняў, якія далі пэўны станоўчы эфект - каля 110 чаканага дрэйфу[4].

У сакавіку 1921 г. методыка і апарат былі некалькі зменены і атрыманы вынік у 10 км/c «эфірнага ветру». Вынікі былі старанна правераны на прадмет магчымага ліквідацыі недахопаў, звязаных з магнітастрыкцыяй і цеплавым выпраменьваннем. Напрамак кручэння апарата не аказваў ўплыву на вынік эксперыменту [4].

Больш познія даследаванні вынікаў, атрыманых Д. Мілерам, паказалі, што флуктуацыі, якія назіраліся ім і інтэрпрэтаваныя як наяўнасць «эфірнага ветру», з'яўляюцца следствам статыстычных памылак і неуліку тэмпературных эфектаў[4].

Вопыты Кэнэдзі[правіць | правіць зыходнік]

Доктар Рой Кэнэдзі (Каліфарнійскі тэхналагічны інстытут) пасля публікацый вынікаў вопыту Морлі-Мілера відазмяняе вопыт з мэтай праверкі. Інтэрферометр змяшчаецца ў металічны герметычны корпус, запоўнены геліем пад ціскам 1 атм. Выкарыстоўваючы прыстасаванне, здольнае адрозніць вельмі малыя зрушэння інтэрферэнцыйнай карціны, стала магчымым скараціць памер плячэй да 4 м. Выкарыстоўваўся палярызаванае святло з мэтай выключыць наколькі магчыма рассейванне святла на люстэрках. Дакладнасць вопыту адпавядала зрушэнню палос на 2×10-3 іх шырыні. На гэтым апараце хуткасць 10 км/с, атрыманая Мілерам, давала б зрух, які адпавядае 8×10-3 даўжыні хвалі зялёнага колеру, што ў чатыры разы больш найменшага вызначанага значэння. Эксперымент праводзіўся ў лабараторыі Норман Брыдж, у памяшканні з пастаяннай тэмпературай, у розны час дня. Для праверкі залежнасці хуткасці эфірнага ветру ад вышыні мясцовасці вопыты праводзіліся таксама на Маунт Вілсан ў будынку абсерваторыі. Эфект апынуўся такім: не перавышаюць 1 км/с для эфірнага ветру[4].

Сучасныя варыянты[правіць | правіць зыходнік]

У 1958 годзе ў Калумбійскім універсітэце (ЗША) быў праведзены яшчэ больш дакладны эксперымент з выкарыстаннем процінакіраваных прамянёў двух мазераў, які паказаў нязменнасць частаты ад руху Зямлі з дакладнасцю каля 10-9%. Яшчэ больш дакладныя вымярэння ў 1974 годзе давялі адчувальнасць да 0,025 м/с. Сучасныя варыянты эксперыменту Майкельсана выкарыстоўваюць аптычныя і крыягенныя мікрахвалевыя рэзанатары і дазваляюць выявіць адхіленне хуткасці святла, калі б яно складала некалькі адзінак на 10-16.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, P.120 — 129.
  2. Экспериментальные основания теории относительности. С. И. Вавилов. Собрание сочинений, т.~4, АН СССР, М., 1956 г. (pdf, русс.)(Ч.II. Опыты Майкельсона, его повторения и аналоги.)
  3. (Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402.
  4. 4,0 4,1 4,2 (Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402. Перевод с англ. В. А. Ацюковского и Л. С. Князевой

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]